Jury de soutenance

Résumé de la thèse

L’acide 3-hydroxypropionique (3-HP) est une molécule plate-forme d’intérêt industriel, particulièrement visée pour ses dérivés acryliques et polymères associés ainsi que pour les polyesters. Sa production à partir de substrats comme le glucose ou le glycérol a fait récemment l’objet de nombreuses études, en particulier par voies biotechnologiques avec des micro-organismes, afin d’obtenir ces dérivés d’intérêt de manière biosourcée. Cependant, dans ces procédés, le 3-HP est dilué (<10% massique) dans des milieux aqueux complexes de fermentation contenant de nombreuses impuretés. De plus, l’accumulation de l’acide dans le milieu de fermentation crée une inhibition sur les microorganismes producteurs qui induit une diminution de la viabilité cellulaire et de la productivité. Nous proposons dans cette thèse un procédé visant à extraire sélectivement le 3-HP du milieu de fermentation en même temps qu’il est produit afin de limiter son accumulation, technique dite in-situ product recovery (ISPR), et de le purifier ainsi en continu. Il s’agit d’une stratégie d’amélioration des biotechnologies par l’intensification des bioprocédés. Les propriétés du 3-HP ainsi que les meilleures conditions de fermentation trouvées dans la littérature ont permis d’identifier l’extraction liquide-liquide réactive en contacteur membranaire comme une technique de choix. Il s’agit d’extraire l’acide dans une phase organique sous l’action d’un réactif piégeant sélectivement l’acide dans un complexe hydrophobe. L’utilisation d’un contacteur membranaire permet de stabiliser l’interface liquide-liquide en évitant la dispersion et la formation d’émulsion délétères pour les micro-organismes tout en fournissant une très grande surface de contact. Nous avons tout d’abord élucidé le mécanisme de complexation impliqué dans le système étudié puis caractérisé et modélisé les équilibres thermodynamiques associés afin de pouvoir prédire les rendements d’extraction en fonction de différents paramètres opératoires. Cette étude mécanistique a permis l’élaboration d’un modèle dynamique d’extraction en contacteur. Plusieurs techniques de désextraction du 3-HP ont été testées avec succès, ce qui a permis de coupler les étapes d’extraction et de désextraction dans un procédé semi-continu mimant une production fermentaire. La modélisation de ce mode de fonctionnement a permis de prédire précisément les résultats expérimentaux. Les milieux ont également été complexifiés afin de mieux représenter la réalité d’un milieu biologique en identifiant l’impact de chaque type de constituants sur l’efficacité du procédé en termes de rendement, de cinétique et de pureté finale en 3-HP.

Mots clés

Génie des bioprocédés ; Extraction réactive ; Contacteur à membrane ; Modélisation ; Acides organiques